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一文全面认识区块链

2019-07-23 16:09 编辑:btc268.com 来源:区块链资讯

  ZB创新智库

  ZB Nexus

  区块链具备多重属性,因此解释的角度非常多,比如分布式记账技术、分布式数据库等等,但回归商业本质,区块链实现最核心的价值是点对点的价值传输,因此区块链最具颠覆性的是改变了价值传递的方式,成为构建价值互联网的底层潜在技术本文以区块链技术为落脚点,从技术起源、技术特点、技术演讲和技术应用对区块链进行一次比较全面的梳理。

  

技术起源和解释

  区块链起始于比特币,这是目前应用区块链技术最成熟、运行最稳定的平台,比特币基于椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)、P2P网络、分布式存储实现了第一个去中心化的,不可逆、数据不可篡改的区块链价值网络。

  如何定义区块链

  从网络角度,区块链实现的是一个P2P分布式网络,保证交易的稳定和高效。从底层技术结构看区块链,就是数据区块按照顺序链接起来的一种数据结构,使用了加密算法来保证区块链数据的完整性和真实性。从数据存储角度看,区块链是分布式数据库,所有节点对等地存储,集体维护的一个账本。

  总而言之,区块链是由多种技术组成的技术栈,包括分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法、智能合约。 精巧的技术组合创建了一个新的数据记录、传递、存储与展现的价值网络。 

区块链的核心技术特性

1. 分布式数据存储

可用(basically available):主要的需求是可用性;

软状态(soft state):网络划分可能导致数据库每个副本都有一定程度不同的状态,从而导致整体状态不明;

概率最终一致性(eVENtually consistent):当解决完划分后,要求最终所有副本形成一致。

BASE在牺牲强一致性的基础上换取了可用性,允许在某个时间段内不同节点之间存在数据的不一致性,但是最终所有节点的数据都是一致的,区块链两种都符合。

2. 密码学

  

实现数据不可逆、不可篡改和可追溯。

哈希算法、Merkle树、非对称加密算法

Hash

任意长度的二进制值映射为较短的固定长度的二进制。

数据的哈希值可以检验数据的完整性,抗碰撞,输入数据改变哈希也会发生变化。

主要应用:身份验证和数字签名(数字指纹)

常用的哈希算法是SHA256和RIPEMD160

Merkle树

Merkle树可以大大减少数据的传输量以及计算的复杂度。Merkle根将会被存放到区块的区块头中。利用Merkle树的特性可以确保每一笔交易都不可伪造。

非对称加密算法

非对称密钥对具有两个特点:一是用其中一个密钥(公钥或私钥)加密信息后,只有另一个对应的密钥才能解开;二是公钥可向其他人公开,私钥则保密,其他人无法通过该公钥推算出相应的私钥。

信息加密、数字签名和登录认证

信息加密:信息发送者(记为A)使用接受者(记为B)的公钥对信息加密后再发送给B,B利用自己的私钥对信息解密。(比特币交易)

数字签名:发送者A采用自己的私钥加密信息后发送给B,再由B使用A的公钥对信息解密,从而可确保信息是由A发送的

登录认证:由客户端使用私钥加密登录信息后发送给服务器,后者接收后采用该客户端的公钥解密并认证登录信息。

公钥的密码算法采用的是椭圆曲线算法。用户可以通过自己的私钥对交易进行签名,同时别的用户可以利用签名用户的公钥对签名进行验证

利用椭圆曲线的签名和验证算法,可以保证账号的唯一性和不可冒名顶替性,同时也保证了用户的不可抵赖性

3.共识机制

有效保证各个节点之间按照既定的原则共同维护账本

POW

客户端需要做一定难度的工作得出一个结果,验证方却很容易通过结果来检查出客户端是不是做了相应的工作,它与验证码不同,验证码的设计出发点是易于被人类解决而不易被计算机解决。

比特币系统挖矿谜题:工作量证明函数、区块及难度值。工作量证明函数是这道题的计算方法,区块决定了这道题的输入数据,难度值决定了这道题所需要的计算量。

POS——股权证明机制

POS就是一个根据你持有货币的量和时间给你发利息的一个制度,解决POW算力挖矿耗能、51%算力集中、通货紧缩。

DPOS——委托权益证明

交易性能问题,尤其是POW算法大量消耗计算所需的电力,在DPOS算法中持有一定数据量货币的可成为股东,每个股东按其持股比例拥有影响力。超过51%股东投票的结果将是不可逆且有约束力的。

PBFT——拜占庭共识算法

Casper——投注共识 与传统的POS不同,Casper有惩罚机制,这样非法节点通过恶意攻击网络不仅得不到交易费,还面临着保证金被没收的风险。

Ripple Consensus——瑞波共识算法

初始特殊节点列表就像一个俱乐部,要接纳一个新成员必须由该俱乐部51%的会员投票通过。

4.智能合约

区块链在价值传递的过程中需要有一套规则来描述价值传递的方式,这套规则应该让机器来识别和执行,类似计算机程序的if…then语句。

智能合约本质上就是一段用某种计算编程语言编写的程序,这段程序可以运行在区块链系统提供的容器中,同时这段程序也可以在某种外在、内在条件的激活下自动运行。

可以避免人为对规则的恶意篡改,而且可以发挥智能合约在效率和成本方面的优势。智能合约的运行也是在区块链系统提供的容器之中的。智能合约产生的结果也是存储在区块中的,这样从源头、执行过程到结果全程都在区块链中执行,保证结果真实性和唯一性。

  

区块链技术演进

  俗称的区块链1.0-3.0,分3个阶段:共享账本-智能合约-行业应用(记录交易还能记录状态),各阶段没有必然的关系并且是相互独立的。每个版本区块链技术有各自擅长的领域,技术演讲需要解决的问题包括:

性能:区块链要维护数据的安全性和完整性,但是速度会大幅下降。闪电网络、石墨烯等技术方案大多数还处于技术验证中,距离实际的应用还有一段距离。

扩展问题:节点分布式,数据存储上还没有提供可靠的分布式解决方案,为了应付不断增长的交易数据,只能不断增加单台主机的存储。

易用:相关的案例、技术文档、技术社区等普遍比较缺失。这些因素导致了区块链技术在学习、推广、落地方面出现了不同程度的障碍。

4  区块链技术应用

探索使用区块链解决本行业的痛点问题。

1. 金融

行业痛点:机构之间在对账、清算、结算等操作需要耗费大量的人力和物力,在票据及供应链金融领域,业务因人为介入多,存在许多违规事件及操作风险,后台的业务成本较高。

区块链可以节省大量清算以及结算相关的费用并且简化流程。利用数据不可篡改和可追溯特性可以非常方便地对整个交易过程实施精准、及时的监管。

支付:

点对点快速且成本低廉的跨境支付。不再通过第三方,加快结算与清算速度以提高资金利用率,降低跨境电商资金风险及满足跨境电商对清算服务及时性、便捷性的需求。

票据与供应链金融业务

票据价值传递的去中介化,有价凭证的传递安全可靠,央行ECDS系统交互认证票据信息,在供应链金融中也能通过区块链减少人工成本、提高安全度以及实现端到端的透明化,所有参与方(包括供货商、进货商、银行)都能使用一个去中心化的账本共享文件并在达到预定的时间和结果时通过智能合约自动进行支付供应链中的应用:供应链领域中多流程、多参与。

2. 供应链

痛点:数目庞大的节点给供应链的追踪管理带来了很大的困难。

物流

提高行业的透明度和安全性,区块链技术可以在不同分类账上记录下产品在供应链过程中涉及的所有信息,这些信息包括负责企业、价格、日期、地址、质量,以及产品状态等有用信息。利用数字签名和公私钥加解密机制可以充分保证信息安全以及寄、收件人的隐私。

溯源防伪:建立唯一的电子身份,区块记录属性,来源、流转历史记录、归属或者所在地会被记录在链中,记录防篡改。

3. 公证

公证是公证机构根据自然人、法人或者其他组织的申请,依照法定程序对民事法律行为,有法律意义的事实和文书的真实性、合法性予以证明的活动。公证最核心的一点是存证信息的完整性和抗篡改性。

痛点手续繁琐、处理低效,数字版权(纠纷)——举证困难、维权成本过高。

4. 保险行业

区块链技术的安全、信任、自动化、可追溯性等特点可以应用于保险行业的承保管理、运营风险管控、客户服务、信息安全、保险反欺诈等领域

区块链技术可以数字化管理个人数据,精简的数字认证,区块链技术的出现可以促进合约自动化的进程,保险公司可提供用户信息,这些信息经过审查验证后写入区块链,购买不同保险时无须重复输入个人信息,在区块链上查询即可,这能大大缩短投保时间。区块链技术还可以实现自动理赔。利用区块链的智能合约技术可以将理赔条件编写在智能合约中,一旦达到特定出险条件,即可快速理赔。区块链可以构建各保险机构为节点的联盟区块链,实现保险业信息的有效共享

5. 公益慈善

慈善的公信力,信息披露所需的人工成本,也是掣肘公益机构提升透明度的重要因素。

区块链上存储的数据高可靠且不可篡改,天然适合用在社会公益场景。公益流程中的相关信息,如捐赠项目、募集明细、资金流向、受助人反馈等,均可以存放于区块链上定向捐赠、分批捐赠、有条件捐赠等,就非常适合用智能合约来进行管理。

6. 区块链与工业智能制造

在缺乏强大的数据保护框架之下,数字化的参数在传递的过程中存在数据失窃和被篡改的可能性。

痛点:制造企业内部信息系统的纵向集成,以及不同制造企业间基于价值链和信息流的横向集成,从而实现制造的数字化和网络化。

不同系统的技术架构、通信协议、数据存储格式等各不相同。这些因素都严重影响了互联互通的效率

应用区块链有助于提高价值链的透明度、灵活性,并能够更敏捷地应对生产、物流、仓储、营销、销售、售后等环节存在的相关问题。

区块链管理工业物联网

区块链技术利用P2P组网技术和混合通信协议有效处理异构设备间的通信问题,将显著降低中心化的数据中心建设和维护的成本。同时区块链技术可以将计算和存储需求分散到组成网络的各个设备中,有效阻止了网络中任何单一节点的失败而导致整个网络崩溃的情况发生。另外,区块链中分布式账本的防篡改特性能有效防止工业物联网中任何单节点设备被恶意攻击和控制后带来的信息泄露和恶意操控风险。

利用区块链技术能够将制造企业中的控制模块、系统、通信网络、ERP等相关系统连接起来并通过统一的账本,让企业、设备厂商和安全生产监管部门能够长期、持续地监督生产制造的各个环节,从而提高生产制造的安全性和可靠性。

7. 教育就业

适用于学生征信管理、升学就业、学术、资质证明、产学合

痛点规避信息不透明和容易被篡改的问题,利用区块链技术可为学术成果提供不可篡改的数字化证明,为学术纠纷提供权威的举证凭据,降低纠纷事件消耗的人力与时间。数字化证明可以与已有的应用无缝整合,为每一个文字、图片、音频、视频加盖唯一的时间戳身份证明,交叉配合生物识别技术,从根本上保障了数据的完整性、一致性以达到保护知识产权的目的。

教育存证

在教育存证领域,基于区块链的学生信用平台可创建含有基本信息的数字文件,然后使用用户的私钥对证书的内容进行签名,再对证书本身附加签名。依赖于生成的哈希值,可以验证证书内容是否被篡改。最后,再用私钥在区块链上创建一条数字记录,保证用户信息和证书内容的一致性。教育机构利用自己的私钥签署一份具有完整信息记录的数字证书,将其哈希值存储在区块链中,在每一次发放和查询时都会由智能合约触发相应的多重签名校验以确保记录不会被恶意查询,交易输出时将数字证书分配给需求方,如学生或者用人单位。

  The end

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  本文由ZB创新智库独家首发

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  文章作者丨Charles

  排版设计丨Cherry

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